EP1269148A1 - Bestimmung des festigkeitszustandes eines vorgewärmten metallkörpers mit thixotropen eigenschaften - Google Patents

Bestimmung des festigkeitszustandes eines vorgewärmten metallkörpers mit thixotropen eigenschaften

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EP1269148A1
EP1269148A1 EP01925410A EP01925410A EP1269148A1 EP 1269148 A1 EP1269148 A1 EP 1269148A1 EP 01925410 A EP01925410 A EP 01925410A EP 01925410 A EP01925410 A EP 01925410A EP 1269148 A1 EP1269148 A1 EP 1269148A1
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EP
European Patent Office
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cutting
cutting wire
metal body
measuring device
wire
Prior art date
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Application number
EP01925410A
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English (en)
French (fr)
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EP1269148B1 (de
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Miroslaw Plata
Grégoire Arnold
Christophe Bagnoud
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3A Composites International AG
Original Assignee
Alcan Technology and Management Ltd
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Filing date
Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/007—Semi-solid pressure die casting
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/24—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady shearing forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/022—Environment of the test
    • G01N2203/0222—Temperature
    • G01N2203/0226—High temperature; Heating means
    • G—PHYSICS
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/0617—Electrical or magnetic indicating, recording or sensing means
    • G01N2203/0623—Electrical or magnetic indicating, recording or sensing means using piezoelectric gauges

Definitions

  • the present invention relates to a measuring device for determining the state of strength and / or the metal flux portion of a preheated metal body with thixotropic properties, and a method therefor.
  • the thixoform process fulfills high requirements with regard to the quality and reproducibility of the thixoform parts.
  • the automotive industry is placing ever increasing demands on shape and dimension tolerances and on the mechanical properties of the molded parts. Ensuring adequate process stability and optimizing or adhering to the process parameters in the production of thixiform parts therefore require appropriate measures.
  • the deformed state of the metal bolt is characterized in particular by the metal flux portion and its distribution, which is determined or influenced by the preheating in the preheating chamber and the subsequent transport into the casting chamber.
  • the preheating process is essentially characterized by the preheating temperature, the preheating time and the preheating process
  • the metal flux fraction in the thixotropic metal for example, must not leave a certain narrow percentage range.
  • the essential parameters must be recorded that determine the deformed state of the thixotropic metal bolt before or when it is imported into the casting chamber, i.e. after preheating in the preheating chamber, write directly or indirectly
  • the strength of a thixotropic metal bolt in the deformed state is determined in particular by the degree of softening and the proportion of metal flux in the metal bolt. For example, it is known to cut preheated, thixotropic metal bolts by means of a knife-like device and to determine the proportion of metal flux in the bolt cross section. The method mentioned, however, does not provide satisfactory results, since the use of a knife causes false results, for example due to friction.
  • the invention is therefore based on the object of providing a measuring device and an associated reproducible measuring method which makes it possible to determine the strength state and / or the temperature distribution in a thixotropic metal body and therefrom its metal flux content with a high degree of reliability with the least possible expenditure on measurement technology.
  • the object is achieved in that the measuring device contains one or more cutting wires arranged at a distance from one another for cutting through the thixotropic metal body and a drive for moving the cutting wire and for cutting the metal body with the cutting wire and means for determining the from the drive to the Cutting wire exerted cutting force and for determining the speed of the cutting wire are provided.
  • the cutting wire is preferably clamped between two fork legs, wherein the fork legs can be part of a fork-shaped frame with a connecting part connecting the fork legs.
  • the fork-shaped frame is or the fork legs are appropriately attached to a propulsion element driven by the drive.
  • the cutting wire is preferably arranged transversely to the longitudinal direction or pressing direction of the metal body.
  • the components or sub-devices of the measuring device e.g. fork-shaped frames or fork legs or drive are preferably carried by a support structure, which can also include, for example, guide rails or rods, in particular vertical guide rails, for moving partial devices, such as fork-shaped frames or fork legs.
  • the metal body can be in any geometrical shape.
  • the metal bodies are in the form of zy-shaped metal bolts.
  • the metal boizen can for example have a diameter of 50 to 200 mm, in particular 90 to 110 mm.
  • the length of the metal bolt can be 250 to 500 mm, in particular 270 mm.
  • the invention preferably relates to metal bodies made of aluminum, an aluminum or magnesium alloy with thixotropic properties
  • the cutting wire is expediently a metal wire with a high tensile strength and oxidation resistance at high temperatures.
  • the cutting wire is made of, for example, hot-work steel.
  • the cutting wire is preferably made of a nickel-chromium alloy GE ⁇ called alloy may further elements, such as manganese, iron, silicon, copper, titanium, or carbon, particularly contain suitable nickel-chromium alloys for cutting wires are also among the alloy name "NIMONIC" known
  • the cutting wire expediently has a thickness of 0.1 to 1.2 mm, preferably 0.4 to 1.0 mm, in particular 0.8 mm.
  • the cutting wire is expediently clamped between two fork legs or in a frame with fork legs.
  • the said frame is preferably U-shaped, in particular fork-shaped, and has two fork legs arranged at a distance from one another and connected to one another by a connecting part, wherein fork legs and connecting part consist, for example, of one Part is manufactured or jointed
  • the cutting wire is appropriately clamped and fixed on the fork legs, in particular on the free ends of the fork legs.
  • the cutting wire is expediently fastened under tension between the two fork legs.
  • the cutting wire is fastened, for example, to the frame or the fork legs via a detachable screw connection, so that a defective cutting wire can be easily exchanged.
  • the wire has a thickening, preferably a soldered-on metal bead, at one end.
  • the other free end of the cutting wire is passed through a screw that is inserted into a threaded opening on the first fork leg until said metal thread is in contact with the opening on the screw head of the screw that has been drilled through.
  • the second free end is on the opposite, second fork leg, e.g. by means of a screw connection, clamped
  • the wire can be tensioned or loosened by turning the screw through the first fork leg.
  • the frame is expediently coupled to a drive, for example to a switching motor, via a propulsion element, which is preferably fixed centrally on the connecting part.
  • a drive for example to a switching motor
  • a propulsion element which is preferably fixed centrally on the connecting part.
  • the frame can be moved, in particular moved linearly, and the cutting wire can be guided through the metal body.
  • the drive element can be a jacking rod, for example.
  • the cutting wire or the fork legs that clamp the cutting wire can also be coupled to a drive in some other way.
  • a load cell e.g. a pressure sensor.
  • the load cell is preferably a pressure sensor operating according to the piezoelectric principle.
  • the load cell is used to determine the force exerted on the frame or on the cutting wire via the front secondary element for cutting through the thixotropic metal body, also called cutting force or driving force.
  • the load cell can also be arranged at another suitable location between the drive and the cutting wire.
  • more than one, preferably three such, advantageously at equal intervals transverse to the longitudinal direction of the metal body parallel cutting wires or cutting wire guiding frames are used.
  • the connecting parts of the individual frames are advantageously fastened in the center of a common front secondary element, to which the cutting force generated by the drive is transmitted. This arrangement achieves a uniform cutting speed over all cutting wires.
  • load cells in particular of the aforementioned type, are in turn arranged to record the cutting force exerted on the individual cutting wire.
  • the cutting wire or wires are preferably arranged transversely to the longitudinal axis of the thixotropic metal body, in particular at an angle of 90 ° (degrees of angle) transversely to the aforementioned longitudinal axis.
  • the cutting wire or the cutting wires can also be arranged in the direction of the longitudinal axis of the metal body or at any angle to the longitudinal axis mentioned.
  • the frame containing the cutting wire, or the fork legs receiving the cutting wire can be fastened to a support, for example to a horizontally mounted support, the support being expediently linearly movable, in particular movable in the vertical direction, in guide rails of a support structure, so that the carrier with the frame or the cutting wire can be moved linearly, in particular in the vertical direction, in a uniform movement.
  • the fork legs can also be attached directly to the carrier, so that the carrier also forms the connecting part and is part of the frame.
  • the carrier is expediently driven directly or indirectly via a front secondary element by means of a drive unit, in particular by means of a switching motor.
  • a carrier can run several cutting wires in the manner described. Furthermore, several carriers can also be provided, each carrier guiding a cutting wire in the manner described above.
  • the measured cutting force provides information about the state of strength and thus about the quality of the thixotropic metal bolt. Furthermore, a relationship can be derived between the metal flux content in the thixotropic metal bolt and the determined cutting force. For this purpose, the temperature distribution in the metal body is measured, from which the metal flux portion in the thixotropic metal bolt can be determined. If, in addition to the temperature, the cutting force is also determined, the cutting force can be related to the metal flux portion.
  • one or more temperature meters for determining the temperature along the cutting line can be attached to the cutting wire, preferably at uniform distances from one another.
  • the temperature meter is preferably a thermocouple, in particular a sheathed thermocouple with two thermal wires which contain a, for example soldered, welded or crimped, thermally effective connection point.
  • the thermocouples and in particular the sheathed thermometer are, for example, in "Taschenbuch der Messtechnik, Jörg Hoffmann, subuchverlag Leipzig published by Carl Hanser Verlag , 1998, pp. 132-135 ".
  • the thermocouple is expediently connected to the cutting wire at its thermally effective connection point, for example by welding or soldering.
  • the sheathed tube is preferably soldered or welded to the cutting wire, the thermally effective connection point preferably being welded to the sheathed tube.
  • the thermally active connection point of the sheathed thermocouple can also be exposed and welded or soldered to the cutting wire.
  • the thermal wires can have a thickness of e.g. Have 0.4 to 0.6 mm and are expediently led away from the cutting wire against the cutting direction.
  • the thermal wires are also connected to an electronic evaluation circuit via a so-called comparison point.
  • the measurements by means of a cutting wire through the cross section of a thixotropic metal body result in a two-dimensional image of the cutting force applied and, from this, the strength and, if temperature meters are provided, the temperature distribution through the cross section mentioned.
  • a three-dimensional image of the strength and / or the temperature of the thixotropic metal body can thus be determined by means of interpolation from a plurality of such measurement cross sections along the metal body, which are determined simultaneously If, for example, as described above, the temperature distribution in the thixotropic metal bolt is measured in addition to the cutting force, the distribution of the metal flux fraction in the metal body can be derived from the determined temperature values, so that the distribution of the metal flux fraction can be directly related to the cutting forces also determined , In subsequent measurements, the determination of the cutting forces is usually sufficient to determine the metal flux fraction.
  • the metal body which is preferably a cylinder-shaped metal bolt, expediently lies in a trough-shaped bolt holder.
  • the bolt holder has one or more continuous stomata in the wall transversely to its longitudinal direction, for the purpose of passing the cutting wire through the metal bolt.
  • the stud holder can be heat-insulated and / or heated to reduce the heat loss from the stud, for example to a temperature of up to 600 ° C.
  • the inner wall of the stud holder expediently consists of a high-melting metal or a ceramic material or a combination of both materials.
  • the wall of the bolt holder preferably consists of a composite material, the composite material having an outer wall made of a high-melting metal and this outer wall receiving an inner wall made of a warm-insulating ceramic material
  • the high-melting metal can be copper or a copper alloy. Further high-melting metals can be iron- or carbon-containing metals, preferably steel, in particular tool, hot work or stainless steel
  • the ceramic material can contain or consist of an Al 2 0 3 , Al 3 0 4 , BN, SiC, Si 3 N 4 , MgO, TiO or Zr0 2 .
  • the bolt holder is expediently movably arranged in the measuring device, so that it can be moved, in particular horizontally, to insert and remove the bolt from the measuring device.
  • the bolt holder is linearly movable, in particular horizontally movable, mounted on rails, the rails being able to be integrated, for example, in the support structure of the measuring device.
  • a contact switch can be provided in such a way that the cutting wire or a device part, for example a fork leg, touches the contact switch after cutting through the metal bolt and a control pulse is generated to end the measuring process and to stop the cutting wire
  • a further device for cleaning the cutting wire ie for removing metal and oxide deposits on the wire before the subsequent measurement, is preferably provided on the measuring device.
  • the cutting wire can also be exchanged after each measurement run, ie replaced by a new, clean wire become.
  • the measuring device also contains a data acquisition, control and evaluation unit in which the measurement signals of the measuring devices, such as load cells, position detectors, thermocouples, transmitted via data lines are recorded, registered and processed, and via which instructions, e.g. the control of the measurement process can be carried out.
  • a data acquisition, control and evaluation unit in which the measurement signals of the measuring devices, such as load cells, position detectors, thermocouples, transmitted via data lines are recorded, registered and processed, and via which instructions, e.g. the control of the measurement process can be carried out.
  • input devices for input of e.g. measurement parameters, instructions and control commands, as well as output devices such as a screen or printer for output of, for example, parameters can be connected to the data acquisition, control and evaluation unit
  • the invention also relates to a method for determining the strength and the metal flux content of a preheated metal body with thixotropic properties by means of a aforementioned measuring device, which is characterized in that one or more cutting wires arranged parallel to one another transversely to the longitudinal direction of the metal body through one or more cross sections on Thixotropic metal bodies are driven through and the cutting force to be used for the individual cutting wire and the speed of the cutting wire are continuously recorded over the entire cross-section depending on the position of the cutting wire in the metal body and with reference to the measured cutting force, speed and position of the cutting wire and the geometrical nature the cutting wire and the thixotropic metal body as well as the length of the active cutting wire the strength within the thixotropic metal body s the characteristic size, which reflects the average cross-section, is calculated
  • the active cutting wire is the section of wire that is in direct contact with the cutting surface in the metal body.
  • the active length therefore changes continuously, for example in a cylindrical metal bolt, with progressive cutting depending on the depth of penetration.
  • Measurement parameters are, for example, the measurement frequency (measurement frequency), the basic speed of the cutting wire, the active length of the cutting wire depending on the position of the cutting wire or the depth of penetration, or the geometry of the cutting wire and the metal bolt.
  • the metal body is preferably preheated in an induction furnace and transferred from the recipient to the bolt holder of the measuring device with as little time delay as possible, whereby it must be ensured that the soft metal bolt does not undergo any distortion of the measurements during the displacement, but is transferred to the bolt holder as smoothly as possible and is driven into the measuring device, for example, on a rail-guided carriage.
  • the measuring device or the support frame receiving the measuring device, can itself be movable, in particular horizontally movable, mounted, in particular horizontally movable on rails, and can be used for measurement via fixed, bolt holder and, if necessary, fixed in the measuring position.
  • the frame i.e. the cutting wire is preferably driven through the metal body at a constant basic speed.
  • the basic speed of the cutting wire stands for an average, fluctuation-adjusted wire speed, which is determined, for example, by smoothing the wire speed curve.
  • the wire speed is the fluctuating, effective speed of the cutting wire.
  • a constant basic speed of the cutting wire is aimed for by making the smallest changes in the wire speed, e.g. caused by changing cutting forces are recorded and control commands for changing the drive power are output to the stepper motor via the control unit. Since the cutting force to be applied can increase or decrease abruptly in limit zones of different strength of the metal body, speed fluctuations or fluctuations occur which can only be compensated for with a delay by additional or reduced driving force, so that even with a highly sensitive measuring system effective wire speed always fluctuates. The speed measurement is therefore used in particular to record these speed fluctuations.
  • the basic speed of the cutting wire can be, for example, 10 to 30 mm / s, in particular 15 to 20 mm / s.
  • the speed fluctuations can have, for example, speed deviations of up to 10 to 20% of the basic speed of the cutting wire.
  • the basic cutting force can be kept constant with a variable cutting speed.
  • the determined, changing cutting speed can thus be used to make conclusions about the strength or the metal flux content in the metal bolt.
  • the basic cutting force here also stands for a fluctuation-adjusted average size.
  • the measurement of the cutting force also serves here to record the fluctuations mentioned.
  • Cutting through the metal bolt with the cutting wire takes e.g. around 1 to 8 s (seconds), in particular 3 to 4 s and with a device with three to four cutting wires, e.g. around 10 to 20 s.
  • the cutting wire or the measuring process are stopped after the metal bolt has been completely cut through, preferably by touching a contact switch. Furthermore, it can be provided that the measurement value acquisition is started when a certain cutting force is exceeded, which corresponds to the impact of the cutting wire on the surface of the metal bolt and the cutting wire is stopped when a maximum cutting force is exceeded, so that damage to the cutting wire due to excessive stress is prevented
  • the time-dependent wire speed v (t) can be determined either directly or indirectly by measuring the time-dependent position of the wire s (t) or a device part moved in synchronism.
  • the time-dependent position of a device part moved is determined, for example, by means of a position switch by the position button the distance covered by the wire is continuously recorded as a function of time.
  • Calculation of the speed of the cutting wire based on the position measurement s (t) is expediently calculated at discrete, for example, aquidistant, times.
  • the discrete speed values determined in this way are preferably filtered by numerical methods.
  • a continuous speed curve v (t) is preferably calculated using numerical interpoation methods
  • the continuously registered measurement signals for speed or wire position, for cutting force and possibly for temperatures are transferred via data lines to a data acquisition, control and evaluation unit, which converts the measurement signals into measurement values and determines meaningful calculation values.
  • the computing unit also supplies the control signals for regulating the drive to the stepping motor for speed compensation on the basis of the determined speed changes in real time via data line
  • the strength through the cross section of a metal body is expediently represented by the calculation size of the "equivalent shear stress” r.
  • the "equivalent Shear stress "T can be calculated from the” equivalent cutting force "Fv, the wire diameter d w , and the" active length of the wire ", the calculation function
  • the "equivalent cutting force" F o can be derived from the approximation function:
  • the "equivalent shear stress" ⁇ therefore also takes into account the influence of the speed fluctuations, which are also recorded as described above, and is a preferred variable for assessing the strength of the metal body.
  • the “relative dynamic viscosity” can also be used to assess the strength.
  • the “relative dynamic viscosity” can also be used to assess the strength.
  • the detection of the strength and possibly the temperature state of the thixotropic metal body allows the determination of the metal flux content in the metal body, which should preferably be distributed as homogeneously as possible and should be within a certain range.
  • the optimal, averaged metal flux content in the thixotropic metal body is 40-55% by weight. If the metal flux content is too high, the thixoforming of thixotropic metal takes place under almost the same conditions as the die-casting of liquid metal alloys, so that, for example, the advantage of low shrinkage of thixotropic material when cooling in the mold cavity is lost, or the thixotropic metal body is sheared off surrounding oxide skin is difficult or impossible
  • the heating parameters for different thixotropic materials can be determined or optimized.
  • the optimization of the heating curves, ie the temperature as a function of the heating time, should therefore also aim to be as short as possible.
  • zen heating time a predetermined ideal strength state, that is.
  • Metal flux portion with a homogeneous distribution in the whole thixotropic metal body.
  • the homogeneity of the thixotropic state, i.e. the distribution of the metal flux portion over the length of the metal body and its cross section is generally better the slower the preheating process is carried out; on the other hand, the shortest possible heating-up time is desired for economic reasons.
  • the measuring method according to the invention can thus be used on the one hand to optimize the thixoforming process and on the other hand to monitor a thixoforming process, in particular to monitor the preheating process. Furthermore, the method according to the invention is particularly suitable for monitoring the preheating furnace D h.
  • the regularity of the heating power or the heating process of a preheating furnace can be checked by periodically measuring the strength and determining the metal flux content of preheated thixotropic metal bodies
  • the metal flux fraction and its distribution in the preheated thixotropic metal body can be determined and monitored by periodic measurement or determination of the strength (e.g. in the form of the equivalent shear stress or dynamic viscosity) of thixobolts
  • the above-mentioned measurement is carried out.
  • Cutting through the thixotropic metal coper can cause it to be completely separated into individual slices.
  • the cut or severed metal body is usually not pressed into a thixiform part. Therefore, the measuring method according to the invention is preferably used for random sampling or periodic detection of the strength state of thixotropic metal bodies.
  • FIG. 1 Schematic representation of a measuring device according to the invention
  • Fig. 2 Schematic representation of the cutting force to be applied by a preheated metal bolt with a homogeneous distribution of the metal flux portion
  • FIG. 5 Graphical representation of the course of speed v, cutting force F, and equivalent shear force S through the cross section of the preheated thixotropic metal bolt according to FIG. 4.
  • the measuring device 1 is carried by a support frame 16 with vertical supports 17 (FIG. 1).
  • a bolt holder 3 is attached to a carriage 10 and receives the preheated thixotropic metal bolt 2 to be measured.
  • the bolt holder 3 is insulated from the support surface of the metal bolt 2 (not shown), so that the metal bolt 2 experiences as little heat loss as possible on its support surface.
  • the carriage 10 is horizontally displaceably mounted in guide rails 11.
  • Two fork legs 20 receiving a cutting wire 5 are attached to a cross member 14, the fork legs 20 and the cross member 14 forming the connecting part forming a frame 4.
  • the cross member 14 is guided by vertical guide rods 15, which are fastened between the front and rear supports 17 on the support frame 16.
  • the frame 4 can be moved by a stepping motor 6 in the vertical direction via a propulsion rod 18, the cross member 14 being guided in the guide rods 15.
  • a pressure sensor 8 a so-called piezometer, is attached between the propulsion rod 18 and the cross member 14, with which the cutting force A applied to the cutting wire 5 can be determined continuously.
  • the pressure sensor 8 delivers the measurement data to a data acquisition, control and evaluation unit 12 via a data line 13c.
  • the position of the cutting wire 5 as a function of time can be detected continuously by means of the position switch 7 indirectly by measuring the displacement of a device part carried along.
  • the measurement data of the position sensor 7 are forwarded to the data acquisition, control and evaluation unit 12 by means of data line 13a, in which the wire speed is determined from the incoming measurement data.
  • the data acquisition, control and evaluation unit 12 also supplies control signals for regulating the wire speed to the stepping motor 6 via a data line 13d.
  • Sheathed thermocouples 9 with their thermally effective connection points are soldered to the cutting wire 5 at different locations, at an equal distance from one another.
  • the thermal wires 9a are brought together in the electronic evaluation circuit 9b.
  • the possibly processed measurement data of the thermocouples 9 are transmitted to the data acquisition, control and evaluation unit 12 via a data line 13b.
  • the device described with reference to the drawings can, in a modified version, also do without the aforementioned temperature measuring devices.
  • Input 21 and output device 22, such as a printer or monitor, are also connected to the data acquisition, control and evaluation unit 12.
  • measurement parameters such as wire diameter d 1, active length ... of the cutting wire 5 depending on its position or depth of penetration, geometry of the metal bolt, basic speed, measurement frequency and control commands can be recorded.
  • the heated metal bolt 2 is transferred from its heating container into the bolt holder 3.
  • the metal bolt 2 on the bolt holder 3 is then moved into the measuring position by the carriage 10.
  • the cutting wire 5 is driven vertically into the metal bolt 2 at a uniform basic speed.
  • a continuous gap opening (not shown) is provided in the bolt holder 3 for passing the cutting wire 5 through.
  • the data acquisition, control and evaluation unit 12 calculates various characteristic quantities and their courses or distributions, such as the course of the cutting force and the speed as well as the distribution of the temperature, from the incoming measurement signals. Furthermore, strength values such as the "equivalent cutting force” become from the measurement data "Fvo, the" relative dynamic viscosity "r ⁇ rei and in particular the” equivalent shear force "tvo determined. To determine the “equivalent shear force” Tv ", the active length ... of the cutting wire 5 is determined, inter alia, on the basis of the position values detected by means of the position switch 7, depending on the depth of penetration.
  • results obtained can be output on a screen or printer, for example in the form of tables, curves, graphical representations.
  • parameter changes for the preheating furnace are calculated and carried out directly from the calculated parameters for the purpose of optimizing the stud state, or that the distribution of the metal flux fraction in the thixotropic metal bolt is determined and output from the calculated parameters.
  • three frames 4 'with cutting wires 5' can be arranged one behind the other transversely to the longitudinal direction of the metal bolt 2 'parallel to one another (FIG. 3).
  • the frames 4 ' are connected via a connecting element 19' to a propulsion rod 18 'which is driven by a shift motor (not shown).
  • Pressure sensors are arranged between the individual frames 4 'and the connecting element 19'. With this measuring arrangement, three measurement cross sections are recorded simultaneously through the metal bolt, from which a three-dimensional image of the strength distribution within the metal bolt can be determined by means of data acquisition, control and evaluation unit, if necessary by means of interpolation. In some cases, the temperature distribution can be determined with a previously described measuring device after appropriate equipping with jacket thermocouples, as described above, and displayed three-dimensionally by means of interpolation.
  • a preheated thixotropic metal bolt with a homogeneous distribution of the metal flux portion is cut with a cutting wire at a constant basic speed transverse to its longitudinal direction.
  • the cutting force (F) required for cutting through the metal bolt is measured and recorded as a function of time (t) (FIG. 2).
  • the curve 45 of the cutting force shows an arcuate course, the cutting force (F) being maximum in the center of the metal bolt.
  • the curve shape obtained is due to the fact that the measured cutting force (F) depends not only on the strength of the metal bolt on the cutting line, but also on the active wire length, i.e. on the length of the cutting line, in which case the cutting force depends on the flow of the active one Wire length is dominated, which reaches a maximum in the middle of the metal bolt.
  • FIG. 4 shows the temperature distribution of a thixotropic metal bolt 41 made of aluminum (AIMgS ⁇ 7) with a diameter of around 102 mm, which is preheated under predetermined heating parameters and simulated by means of a computing model.
  • the metal bolt 41 rests in a bolt receptacle 42 made of steel.
  • the bolt section with the brightest surface fill at the upper edge of the metal bolt indicates the zone of greatest heating with a temperature of around 595 ° C.
  • the temperature in the zones with darkening surface filling decreases increasingly and reaches a minimum in the "cold core" 43 of the metal bolt with a temperature value of around 580 ° C., which is represented by a black surface filling.
  • the long-awaited Tene cooling of the metal bolt on its contact surface to the recipient 42 are removed.
  • a thixotropic metal bolt heated according to the heating parameters specified for FIG. 4 is examined according to the inventive method in a cross section transverse to its longitudinal direction with regard to strength (FIG. 5).
  • the course of the "equivalent shear stress” 33 calculated from these data and further fixed parameters shows a marked decrease (a) in the shear stress at the beginning of the recording, which is attributable to the so-called “skin effect", that is to say the cutting wire pierces with an increased Force the surface of the metal bolt.
  • the curve section (d) with high shear stresses reflects the firmer, cooler core 43 of the metal bolt 41 (see FIG. 4).
  • the measuring range (d) of high shear stresses is shifted towards the end of the measurement and therefore does not occur when crossing the center of the metal bolt.

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Description

Bestimmung des Festigkeitszustandes eines vorgewärmten Metallkorpers mit thixotropen Eigenschaften
Vorliegende Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Bestimmung des Festigkeitszustan- des und/oder des Metallflussiganteils eines vorgewärmten Metallkorpers mit thixotropen Eigenschaften, sowie ein Verfahren dazu.
Das Thixoformverfahren erfüllt bezüglich der Qualität und Reproduzierbarkeit der Thixoform teile hohe Anforderungen. Beispielsweise von der Automobi ndustπe werden immer höhere Anforderungen an Form- und Masstoleranzen sowie an die mechanischen Eigenschaften der Formteile gestellt. Die Sicherstellung einer genugenden Prozessstabilitat und die Optimie rung bzw. Einhaltung der Prozessparameter in der Produktion von Thixoformteilen verlangen daher entsprechende Massnahmen.
Zur Erzielung einer hohen Qualltat der Thixoformteile sind die Optimierung und die Überwachung der Prozessparameter von zentraler Bedeutung Dazu sind in einem ersten Schritt insbesondere Kenntnisse über den U form-Zustand des in die Giesskammer eingeführten Metallkorpers, meist als Metallbolzen vorliegend, notwendig Ferner gilt in einem weiteren Schritt die Aufmerksamkeit dem eigentlichen Thixoformprozess.
Der Umform-Zustand des Metallbolzens ist insbesondere durch den Metallflussiganteil und seine Verteilung charakterisiert, welcher durch das Vorheizen in der Vorheizkammer und den anschliessenden Transport in die Giesskammer bestimmt bzw beeinflusst wird. Der Vorheizprozess seinerseits ist im wesentlichen durch die Vorheiztemperatur, die Vor heizdauer und das Vorheizverfahren charakterisiert
Für einen optimalen und stabilen Thixoformprozess darf der Metallflussiganteil im thixotropen Metall beispielsweise einen bestimmten enggefassten Prozentbereich nicht verlassen.
Aus diesen Gründen müssen unter anderem die wesentlichen Kenngrossen erfasst werden, die den Umform-Zustand des thixotropen Metallbolzens vor oder beim Einfuhren in die Giesskammer, d.h. nach dem Vorwarmen in der Vorheizkammer, direkt oder indirekt be schreiben
Von besonderem Interesse sind insbesondere die Ermittlung der Festigkeit und/oder der Temperaturverteilung innerhalb des thixotropen Metallbolzens. Die Festigkeit eines thixotropen Metallbolzens im Umform-Zustand wird insbesondere durch den Erweichungsgrad und den Metallflussiganteil im Metallbolzen bestimmt Es ist beispielsweise bekannt, vorgewärmte, thixotrope Metallbolzen mittels einer mes- serahnlicher Vorrichtung zu durchtrennen und den Metallflussiganteil im Bolzenquerschnitt zu bestimmen. Die genannte Methode liefertjedoch keine zufriedenstellende Ergebnisse, da durch die Verwendung eines Messers Resultatverfalschungen, z.B. durch Reibung, ver- ursacht werden.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Messvorrichtung und ein dazugehöriges reproduzierbares Messverfahren vorzulegen, welches erlaubt, mit möglichst geringem messtechnischem Aufwand den Festigkeitszustand und/oder die Temperaturverteilung in einem thixotropen Metallkorper und daraus seinen Metallflussiganteil mit einer hohen Zu- verlassigkeit zu ermitteln.
Erfindungsgemass wird die Aufgabe dadurch gelost, dass die Messvorrichtung einen oder mehrere in Abstand zueinander angeordnete Schneiddrahte zum Durchschneiden des thixotropen Metallkorpers enthalt und ein Antrieb zur Fortbewegung des Schneiddrahtes und zum Durchschneiden des Metallkorpers mit dem Schneiddraht und Mittel zur Bestim- mung der vom Antrieb auf den Schneiddraht ausgeübten Schneidkraft und zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Schneiddrahtes vorgesehen sind.
Der Schneiddraht ist vorzugsweise zwischen zwei Gabelbeinen eingespannt, wobei die Ga- belbeme Teil eines gabelförmigen Rahmens mit einem die Gabelbeine verbindenden Ver- bindungsteil sein können. Der gabelförmige Rahmen ist bzw. die Gabelbeine sind zweck massig an einem durch den Antrieb angetriebenen Vortriebselement befestigt Der Schneiddraht ist bevorzugt quer zur Längsrichtung oder Pressrichtung des Metallkorpers angeordnet.
Die Bestandteile oder Teilvornchtungen der Messvorrichtung, wie z.B. gabelförmige Rahmen bzw. Gabelbeine oder Antrieb, werden vorzugsweise von einem Tragergerust getragen, wel- ches beispielsweise auch Führungsschienen oder -Stangen, insbesondere vertikale Führungsschienen, für bewegte Teilvornchtungen, wie gabelförmige Rahmen bzw. Gabelbeine, beinhalten kann.
Der Metallkorper kann in beliebiger geometrischer Form vorliegen In bevorzugter Ausfuhrung liegen die Metallkorper als zy nderformige Metallbolzen vor. Der Metallboizen kann beispielsweise einen Durchmesser von 50 bis 200 mm, insbesondere von 90 bis 110 mm, aufweisen. Die Lange des Metallbolzens kann 250 bis 500 mm, insbesondere 270 mm, betragen. Die Erfindung betrifft vorzugsweise Metallkorper aus Aluminium, einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung mit thixotropen Eigenschaften Der Schneiddraht ist zweckmassig ein Metalldraht mit hoher Reissfestigkeit und Oxidations- resistenz bei hohen Temperaturen. Der Schneiddraht ist beispielsweise aus einem Warm- arbeitsstahl. Der Schneiddraht ist vorzugsweise aus einer Nickel-Chrom-Legierung Die ge¬ nannte Legierung kann noch weitere Elemente, wie z.B. Mangan, Eisen, Silizium, Kupfer, Titan oder Kohlenstoff, enthalten Besonders geeignete Nickel-Chrom-Legierungen für Schneiddrahte sind auch unter dem Legierungsnamen "NIMONIC" bekannt
Der Schneiddraht weist zweckmassig eine Dicke von 0,1 bis 1,2 mm, vorzugsweise von 0,4 bis 1,0 mm, insbesondere von 0,8 mm, auf.
Der Schneiddraht ist zweckmassig zwischen zwei Gabelbeine bzw in einen Rahmen mit Gabelbeinen eingespannt Der genannte Rahmen ist vorzugsweise U-formig, insbesondere gabelförmig, und weist zwei in Distanz zueinander angeordnete und durch ein Verbindungs teil miteinander verbundene Gabelbeine auf, wobei Gabelbeine und Verbindungsteil beispielsweise aus einem Teil gefertigt sind oder gefugt sind Der Schneiddraht ist zweckmassig an den Gabelbeinen, insbesondere an den freien Enden der Gabelbeine, eingespannt und fixiert Im betriebsbereiten Zustand ist der Schneiddraht zweckmassig unter Spannung zwischen den beiden Gabelbeinen befestigt.
Der Schneiddraht ist beispielsweise über eine losbare Schraubverbindung am Rahmen bzw. den Gabelbeinen befestigt, so dass ein bequemes Auswechseln eines defekten Schneiddrahtes möglich ist In bevorzugter Ausfuhrung der Vorrichtung weist der Draht an einem Ende eine Verdickung, vorzugsweise eine angelotete Metallperle, auf. Das andere freie En de des Schneiddrahtes wird durch eine in eine Gewindeoffnung am ersten Gabelbein geführte, durchgebohrte Schraube gefuhrt bis die besagte Metallperie an der Eintπttsoffnung am Schraubenkopf der durchgebohrten Schraube ansteht. Das zweite freie Ende wird am entgegengesetzten, zweiten Gabelbein, z.B. mittels Schraubverbindung, festgeklemmt Durch Drehung der durchgebohrten Schraube am ersten Gabelbein kann der Draht gespannt bzw. gelost werden. Mittels einer rahmenaussenseitig an der durchgebohrten Schraube aufgeschraubten und gegen das erste Gabelbein festgezogenen Schraubenmutter kann das Entspannen des Schneiddrahtes aufgrund beispielsweise Schwingungen oder Vibrationen verhindert werden. Ferner sind weitere bekannte Befestigungstechniken zum Einspannen des Schneiddrahtes zwischen die Gabelbeine möglich.
Der Rahmen ist zweckmassig über ein Vortriebselement, welches vorzugsweise am Verbindungsteil mittig fixiert ist, an einen Antrieb, beispielsweise an einen Schπttschaltmotor, gekoppelt. Mittels des genannten Schπttschaltmotors kann der Rahmen bewegt, insbesonde- re linear bewegt, und der Schneiddraht durch den Metallkorper gefuhrt werden. Das Vor- triebselement kann beispielsweise eine Vortriebsstange sein. Der Schneiddraht bzw die den Schneiddraht einspannenden Gabelbeine können auch anderweitig an einen Antrieb gekoppelt sein.
An der Verbindungsstelle zwischen Vortnebselement und Verbindungsteil ist zweckmassig eine Lastzelle, z.B. ein Drucksensor, platziert. Die Lastzelle ist vorzugsweise ein nach dem piezoelektrischen Prinzip arbeitender Drucksensor. Die Lastzelle dient zur Ermittlung der über das Vortnebselement auf den Rahmen bzw. auf den Schneiddraht ausgeübten Kraft zum Durchschneiden des thixotropen Metallkorpers, auch Schneidkraft oder Antriebskraft genannt. Die Lastzelle kann auch an anderer geeigneter Stelle zwischen dem Antrieb und dem Schneiddraht angeordnet sein.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform werden mehr als ein, vorzugsweise drei solcher, vorteilhaft in gleichmassigen Abstanden quer zur Längsrichtung des Metallkorpers parallel nebeneinander angeordnete Schneiddrahte bzw. Schneiddrahte fuhrende Rahmen eingesetzt. Die Verbindungsteile der einzelnen Rahmen sind vorteilhaft mittig an einem gemem- samen Vortnebselement befestigt, auf welches die vom Antrieb erzeugte Schneidkraft übertragen wird. Durch diese Anordnung wird eine über sämtliche Schneiddrahte einheitliche Durchschneidgeschwindigkeit erreicht. An den Verbindungsstellen zwischen den einzelnen Rahmen und dem Vortnebselement sind wiederum Lastzellen, insbesondere der vorgenannten Art, zur Erfassung der auf den einzelnen Schneiddraht ausgeübten Schneidkraft, ange- ordnet.
Der Schneiddraht oder die Schneiddrahte sind, vorzugsweise quer zur Langsachse des thixotropen Metallkorpers, insbesondere in einem Winkel von 90° (Winkelgrade) quer zur genannten Langsachse, angeordnet. In einer modifizierten Ausfuhrungsvariante können der Schneiddraht oder die Schneiddrahte auch in Richtung der Langsachse des Metallkorpers oder in einem beliebigen Winkel zur genannten Langsachse angeordnet sein.
Der den Schneiddraht enthaltende Rahmen kann, bzw. die den Schneiddraht aufnehmenden Gabelbeine, können an einem Trager, z.B. an einem horizontal gelagerten Trager, befestigt sein, wobei der Trager zweckmassig linear beweglich, insbesondere in Vertikalrichtung beweglich, in Führungsschienen eines Tragergerustes gelagert ist, so dass der Trager mit dem Rahmen bzw. dem Schneiddraht in gleichmassiger Bewegung linear, insbesondere in vertikaler Richtung, verschoben werden kann. Die Gabelbeine können auch am Trager direkt befestigt sein, derart dass der Trager zugleich das Verbindungsteil ausbildet und Teil des Rahmens ist. Der Trager wird zweckmassig direkt oder indirekt über ein Vortnebselement mittels Antriebseinheit, insbesondere mittels Schπttschaltmotor, angetrieben. Ein Trager kann auf die beschriebene Weise mehrere Schneiddrahte fuhren. Ferner können auch mehrere Trager vorgesehen sein, wobei jeder Trager einen Schneiddraht in vorbeschriebener Weise fuhrt.
Die gemessene Schneidkraft gibt Aufschluss über den Festigkeitszustand und somit über die Qualität des thixotrophen Metallbolzens. Ferner kann eine Beziehung zwischen dem Metallflussiganteil im thixotropen Metallbolzen und der ermittelten Schneidkraft hergeleitet werden. Dazu wird die Temperaturverteilung im Metallkorper gemessen, woraus sich der Metallflussiganteil im thixotropen Metallbolzen ermitteln lasst Wird neben der Temperatur gleichzeitig auch die Schneidkraft ermittelt, so kann die Schneidkraft in eine Beziehung zum Metallflussiganteil gebracht werden.
Hierzu können am Schneiddraht, vorzugsweise in gleichmassigen Abstanden zueinander, ein oder mehrere Temperaturmesser zur Ermittlung der Temperatur entlang der Schnittlinie angebracht sein. Der Temperaturmesser ist vorzugsweise ein Thermoelement, insbesondere ein Mantelthermoelement mit zwei Thermodrahten, die eine, beispielsweise gelotete, geschweisste oder gequetschte, thermowirksame Verbindungsstelle enthalten Die Thermoelemente und insbesondere das Mantelthermometer sind beispielsweise im "Taschenbuch der Messtechnik, Jörg Hoffmann, Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, 1998, S. 132-135" beschrieben.
Das Thermoelement ist zweckmassig an seiner thermowirksamen Verbindungsstelle bei- spielsweise durch Schweissen oder Loten punktuell mit dem Schneiddraht verbunden. Bei einem Mantelthermoelement ist vorzugsweise das Mantelrohr an den Schneiddraht gelotet oder geschweisst, wobei die thermowirksame Verbindungsstelle vorzugsweise mit dem Mantelrohr verschweisst ist Die thermowirksame Verbindungsstelle des Mantelthermoelementes kann auch offen liegen und an den Schneiddraht geschweisst oder gelotet sein. Die Thermodrahte können eine Dicke von z.B. 0,4 bis 0,6 mm aufweisen und sind zweckmassig entgegen der Schneidrichtung vom Schneiddraht weggeführt. Die Thermodrahte sind ferner über eine sogenannte Vergleichsstelle mit einer elektronischen Auswerteschaltung verbunden.
Die Messungen mittels Schneiddraht durch den Querschnitt eines thixotropen Metallkor- pers ergeben nach entsprechenden, nachfolgend beschriebenen Auswertungen ein zweidi- mensionales Bild der aufgewendeten Schneidkraft und daraus der Festigkeit und, falls Temperaturmesser vorgesehen sind, der Temperaturverteilung durch den genannten Querschnitt. Aus mehreren solcher, gleichzeitig ermittelten Messquerschnitten entlang des Metallkorpers lasst sich somit mittels Interpolation ein dreidimensionales Bild der Festigkeit und/oder der Temperatur des thixotropen Metallkorpers ermitteln Wird beispielsweise, wie oben beschrieben, neben der Schneidkraft auch die Temperaturverteilung im thixotropen Metallbolzen gemessen, so kann aus den ermittelten Temperaturwerten die Verteilung des Metallflussiganteils im Metallkorper hergeleitet werden, so dass die Verteilung des Metallflussiganteils in direkten Zusammenhang zu den ebenfalls ermittelten Schneidkraften gebracht werden kann. In nachfolgenden Messungen genügt somit in der Regel die Ermittlung der Schneidkrafte zur Bestimmung des Metallflussiganteils.
Der Metallkorper, welcher vorzugsweise ein zyhnderformiger Metallbolzen ist, liegt zweckmassig in einer wannenformigen Bolzenhalterung. Die Bolzenhalterung weist in der Wand quer zur ihrer Längsrichtung ein oder mehrere durchgehende Spaltöffnungen, zwecks Hindurchfuhren des den Metallbolzen durchschneidenden Schneiddrahtes, auf.
Die Bolzenhalterung kann, zwecks Reduktion des Warmeverlustes am Bolzen, warmeisoliert und/oder beheizt sein, beispielsweise auf eine Temperatur von bis 600°C Die innere Wand der Bolzenhalterung besteht zweckmassig aus einem hochschmelzenden Metall oder aus einem keramischen Werkstoff oder aus einer Kombination beider Werkstoffe.
Die Wand der Bolzenhalterung besteht vorzugsweise aus einem Verbundwerkstoff, wobei der Verbundwerkstoff eine aussere Wandung aus einem hochschmelzenden Metall aufweist und diese aussere Wandung eine innere Wandung aus einem warmeisoherenden keramischen Werkstoff aufnimmt
Das hochschmelzende Metall kann Kupfer oder eine Kupfehegierung sein Weitere hochschmelzende Metalle können eisen- oder kohlenstoffhaltige Metalle, vorzugsweise Stahl, insbesondere Werkzeug-, Warmarbeits- oder Edelstahl, sein
Der Keramikwerkstoff kann ein Al203, Al304, BN, SiC, Sι3N4, MgO, TiO oder Zr02 enthalten oder daraus bestehen. Die Bolzenhalterung ist zweckmassig beweglich in der Messvorrichtung angeordnet, so dass diese zum Ein- und Wegfuhren des Bolzens aus der Messvorrichtung gefahren, insbesondere horizontal heraus gefahren, werden kann. In bevorzugter Ausfuhrung ist die Bolzenhalterung linear beweglich, insbesondere horizontal beweglich, auf Schienen gelagert, wobei die Schienen z.B. im Tragergerust der Messvorrichtung integriert sein können. Am Ende der Schneidstrecke kann ein Kontaktschalter vorgesehen sein, solcherweise dass der Schneiddraht bzw. ein mitgefühltes Vorrichtungsteil, z.B. ein Gabelbein, nach dem Durchschneiden des Metallbolzens den Kontaktschalter berührt und einen Steuerimpuls zur Beendigung des Messvorgang und zum Stoppen des Schneiddrahtes generiert wird Des weiteren ist an der Messvorrichtung vorzugsweise eine weitere Vorrichtung zur Reinigung des Schneiddrahtes, d.h. zum Entfernen von Metall und Oxidablagerungen am Draht vor der nachfolgenden Messung, vorgesehen.. Ferner kann der Schneiddraht auch nach jedem Messdurchgang ausgewechselt, d.h durch eine neuen, sauberen Draht ersetzt wer- den.
Die Messvorrichtung enthalt ferner eine Datenerfassungs-, Steuer- und Auswerteinheit, in welcher die über Datenleitungen übermittelten Messsignale der Messgerate, wie Lastzelle, Positionserfasser, Thermoelemente, erfasst, registriert und verarbeitet werden, und über welche Instruktionen, z.B. die Steuerung des Messvorganges, ausgeführt werden Ferner können an die Datenerfassungs-, Steuer- und Auswerteinheit Eingabegerate zur Eingabe von z.B Messparametern, Instruktionen und Steuerbefehlen, sowie Ausgabegerate, wie Bildschirm oder Drucker zur Ausgabe von z B Kenngrossen angeschlossen sein
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Bestimmung der Festigkeit und des Metallflussiganteils eines vorgewärmten Metallkorpers mit thixotropen Eigenschaften mittels einer vorgenannten Messvorrichtung, welches sich dadurch auszeichnet, dass ein oder mehrere quer zur Längsrichtung des Metallkorpers in Abstand zueinander parallel angeordnete Schneiddrahte durch einen oder mehrere Querschnitte am thixotropen Metallkorper unter Durchschneiden desselben vorgetrieben werden und die aufzuwendende Schneidkraft des einzelnen Schneiddrahtes sowie die Geschwindigkeit des Schneiddrahtes kontinuierlich über den gesamten Querschnitt in Abhängigkeit der Position des Schneiddrahtes im Metallkorper erfasst wird und unter Embezug der gemessenen Schneidkraft, Geschwindigkeit und Position des Schneiddrahtes und der geometrischen Beschaffenheit des Schneiddrahtes und des thixotropen Metallkorpers sowie der Lange des aktiven Schneiddrahtes eine die Festigkeit innerhalb des thixotropen Metallkorpers am durchschnittenen Querschnitt wie- dergebende Kenngrosse rechnerisch ermittelt wird
Der aktive Schneiddraht ist hierbei jener Drahtabschnitt, welcher im direkten Kontakt mit der Schneidflache im Metallkorper liegt. Die aktive Lange ändert sich daher beispielsweise in einem zylinderformigen Metallbolzen mit fortschreitendem Durchschneiden in Abhängigkeit der Eindringtiefe kontinuierlich. Vor Beginn der eigentlichen Messung werden über die Eingabeemheit Startwerte, Randbedingungen, Messparameter und weitere Instruktionen, wie Start- oder Prozessabbruchbefehle erfasst. Messparameter sind beispielsweise die Messfrequenz (Messhaufigkeit), die Grundgeschwindigkeit des Schneiddrahtes, die aktive Lange des Schneiddrahtes in Abhängigkeit der Position des Schneiddrahtes bzw. der Eindringtiefe, oder die Geometrie des Schneiddrahtes und des Metallbolzens. Der Metallkörper wird vorzugsweise in einem Induktionsofen vorgewärmt und mit möglichst wenig Zeitverzögerung vom Rezipienten in die Bolzenhalterung der Messvorrichtung überführt, wobei darauf zu achten ist, dass der weiche Metallbolzen während der Verschiebung keine die Messungen verfälschende Deformierung erfährt, sondern möglichst stossfrei in die Bolzenhalterung überführt wird und beispielsweise auf einem schienengeführten Wagen in die Messvorrichtung gefahren wird.
In weiterer Ausführung der Erfindung kann die Messvorrichtung, bzw. das die Messvorrichtung aufnehmende Trägergerüst, selbst beweglich, insbesondere horizontal beweglich, gelagert, insbesondere horizontal beweglich auf Schinen gelagert, sein und zur Messung über die, z.B. festliegende, Bolzenhalterung geführt und gegebenenfalls in Messposition fixiert werden.
Der Rahmen, d.h. der Schneiddraht, wird vorzugsweise mit konstanter Grundgeschwindigkeit durch den Metallkörper vorgetrieben. Die Grundgeschwindigkeit des Schneiddrahtes steht dabei für eine mittlere, fluktuationsbereinigte Drahtgeschwindigkeit, welche bei- spielsweise durch Glättung der Drahtgeschwindigkeitskurve ermittelt wird. Die Drahtgeschwindigkeit ist demgegenüber die fluktuationsbehaftete, effektive Geschwindigkeit des Schneiddrahtes.
Mit dem Schrittschaltmotor wird eine konstante Grundgeschwindigkeit des Schneiddrahtes angestrebt, indem kleinste Änderungen der Drahtgeschwindigkeit, z.B. verursacht durch ändernde Schneidkräfte, erfasst werden und über die Steuereinheit Steuerbefehle zur Änderung der Antriebsleistung an den Schrittschaltmotor ausgegeben werden. Da in Grenzzonen unterschiedlicher Festigkeit des Metallkörpers die aufzubringende Schneidkraft abrupt zu- bzw. abnehmen kann, treten Geschwindigkeitsschwankungen, bzw. -fluktuationen, auf die nur verzögert, durch zusätzliche oder reduzierte Antriebskraft kompensiert werden kön- nen, so dass auch mit einem hochsensiblen Messsystem die effektive Drahtgeschwindigkeit immer Schwankungen aufweist. Die Geschwindigkeitsmessung dient deshalb insbesondere auch zur Erfassung dieser Geschwindigkeitsschwankungen.
Die Grundgeschwindigkeit des Schneiddrahtes kann beispielsweise 10 bis 30 mm/s, insbesondere 15 bis 20 mm/s betragen. Die Geschwindigkeitsschwankungen können bei- spielsweise Geschwindigkeitsabweichungen von bis zu 10 bis 20% der Grundgeschwindigkeit des Schneiddrahtes aufweisen.
In einer weiteren Ausführung, welche dem vorgehend beschriebenen Prinzip und Ablauf entspricht, kann bei variabler Schneidgeschwindigkeit die Grundschneidkraft konstant gehalten werden. Aus der ermittelten, ändernden Schneidgeschwindigkeit können somit Rückschiüs- se auf die Festigkeit bzw. den Metallflussiganteil im Metallbolzen gemacht werden. Die Grundschneidkraft steht hier ebenfalls für eine fluktuationsbereinigte mittlere Grosse Die Messung der Schneidkraft dient auch hier zur Erfassung der genannten Schwankungen.
Das Durchschneiden des Metallbolzens mit dem Schneiddraht dauert z.B. rund 1 bis 8 s (Sekunden), insbesondere 3 bis 4 s und mit einer Vorrichtung mit drei bis vier Schneiddrah- ten z.B rund 10 bis 20 s. Der Schneiddraht bzw der Messvorgang werden nach vollständigem Durchschneiden des Metallbolzens, vorzugsweise durch Berührung eines Kontaktschalters, gestoppt Ferner kann vorgesehen sein, dass die Messwerterfassung bei Über schreiten einer bestimmen Schneidkraft, welchem dem Auftreffen des Schneiddrahtes auf die Oberflache des Metallbolzens entspricht, in Gang gesetzt wird und der Schneiddraht bei Überschreiten einer maximalen Schneidkraft gestoppt wird, so dass eine Beschädigung des Schneiddrahtes durch zu hohe Beanspruchung verhindert wird
Die zeitabhängige Drahtgeschwindigkeit v(t) kann entweder direkt oder indirekt durch Mes sung der zeitabhängigen Position des Drahtes s(t) oder eines im Gleichschritt mitbewegten Vorπchtungteils ermittelt werden Die zeitabhängige Position eines mitbewegten Vorπch- tungsteils wird beispielsweise mittels eines Positionstasters ermittelt, indem der Positionstaster kontinuierlich die vom Draht zurückgelegte Wegstrecke in Abhängigkeit der Zeit registriert. Die zeitabhängige Geschwindigkeit v(t) des Schneiddrahtes lasst sich aus der zeitabhängigen Positionsmessung s(t) gemass der Funktion v(t) = ds(t)/dt berechnen, d h durch Ableitung der zeitabhängigen Drahtposition s(t) nach der Zeit t Die Berechnung der Geschwindigkeit des Schneiddrahtes aufgrund der Positionsmessung s(t) wird zweckmassigerweise zu diskreten, beispielsweise aquidistanten Zeitpunkten berech net. Die derart bestimmten, diskreten Geschwindigkeitswerte werden bevorzugt durch numerische Verfahren gefiltert. Zudem wird vorzugsweise durch numerische Interpoiationsme- thoden eine stetige Geschwindigkeitskurve v(t) berechnet
Die fortlaufend registrierten Messsignale zur Geschwindigkeit bzw zur Drahtposition, zur Schneidkraft und gegebenenfalls zu den Temperaturen werden über Datenleitungen an eine Datenerfassungs-, Steuer- und Auswerteinheit übergeben, welche die Messsignale in Messwerte umwandelt und aussagekraftige Berechnungsgrossen ermittelt. Die Recheneinheit liefert femer auf der Basis der ermittelten Geschwindigkeitsanderungen in Echzeit via Datenleitung die Steuersignale zur Regulierung des Antriebes an den Schrittschaltmotor zwecks Geschwindigkeitskompensation
Die Festigkeit durch den Querschnitt eines Metallkorpers wird zweckmassig durch die Berechnungsgrosse der "äquivalenten Scherspannung" r.„ wiedergegeben. Die "äquivalente Scherspannung" T lasst sich aus der "äquivalenten Schneidkraft" Fv , dem Drahtdurchmesser dw , und der "aktiven Lange des Drahtes" berechnen, wobei die Berechnungsfunktion-
lautet. Die "äquivalente Schneidkraft" F o lasst sich aus der Naherungsfunktion:
ermitteln.
Die "äquivalente Scherspannung" τ. berücksichtigt also auch den Einfluss der Geschwindigkeitsschwankungen, welche wie vorgehend beschrieben ebenfalls erfasst werden, und ist eine bevorzugte Grosse zur Beurteilung der Festigkeit des Metallkorpers.
Neben der "äquivalenten Scherspannung" τ. kann beispielsweise zur Beurteilung der Festigkeit auch die "relative dynamische Viskosität" hinzugezogen werden. Die "relative dyna-
F mische Viskosität" ψd - Fvo ,[Pa s] lasst sich aus der Gleichung: v
F ηreι = F. o ,[Pa - s]
L - v berechnen
Die Erfassung des Festigkeits- und gegebenenfalls des Temperaturzustandes des thixotropen Metallkorpers erlaubt die Ermittlung des Metallflussiganteils im Metallkorper, welcher vorzugsweise möglichst homogen verteilt sein und in einer bestimmter Bandbreite liegen soll. Der optimale, gemittelte Metallflussiganteil im thixotropen Metallkorper betragt dabei 40 - 55 Gew.-%. Ist der Metallflussiganteil zu hoch, geschieht das Thixoformen von thixotropem Metall beinahe unter den gleichen Bedingungen wie das Druckgiessen von flussigen Metallegierungen, so dass beispielsweise der Vorteil einer geringen Schrumpfung von thixotropem Material beim Abkühlen in der Formkavitat verloren geht, oder das Abscheren der den thixotropen Metallkorper umgebenden Oxidhaut erschwert oder verunmoglicht wird
Dank der indirekten Ermittlung der Festigkeitsverteilung bzw. des Metallflussiganteils im thixotropen Metallkorper können die Aufheizparameter für unterschiedliche thixotrope Materialien bestimmt oder optimiert werden. Die Optimierung der Aufheizkurven, d.h. der Temperatur in Funktion der Aufheizzeit soll deshalb auch darauf hinzielen, in einer möglichst kur- zen Aufheizzeit einen vorbestimmten idealen Festigkeitszustand, d h. Metallflussiganteil, mit möglichst homogener Verteilung im ganzen thixotropen Metallkorper zu erreichen. Die Homogenitat des thixotropen Zustandes, d h. die Verteilung des Metallflussiganteils über die Lange des Metallkorpers und dessen Querschnitt, ist zwar im allgemeinen besser, je langsamer der Vorheizprozess durchgeführt wird; andererseits wird aus betriebswirtschaftlichen Gründen eine möglichst kurze Aufheizzeit gewünscht.
Das erfmdungsgemasse Messverfahren kann somit einerseits zur Optimierung des Thixo- formprozesses und andererseits zur Überwachung eines Thixoformprozesses, insbesondere zur Überwachung des Vorheizprozesses eingesetzt werden Im weiteren eignet sich das erfmdungsgemasse Verfahren insbesondere zur Überwachung der Vorheizofen D h. durch die periodische Messung der Festigkeit und Ermittlung des Metallflussiganteils von vorgewärmten thixotropen Metallkorpern kann die Regelmassigkeit der Heizleistung bzw. des Aufheizprozesses eines Vorheizofens kontrolliert werden
Es ist beispielsweise vorgesehen, mittels simultaner Messung von Schneidkraft und Tem- peratur durch thixotrope Metallkorper und Herleitung der Metallflussiganteilverteilungen aus den ermittelten Temperaturverteilungen, eine direkte Beziehung zwischen Schneidkraft, bzw. Festigkeit und Metallflussiganteil herzuleiten.
In einer laufenden Produktion von Thixoformteilen kann der Metallflussiganteil und seine Verteilung im vorgeheizten thixotropen Metallkorper durch periodische Messung bzw Ermitt- lung der Festigkeit (z.B. in Form der äquivalenten Scherspannung oder dynamischen Viskosität) von Thixobolzen ermittelt und überwacht werden
So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass nach einer beliebigen Anzahl, in der Regel von z.B. rund 90 - 100, zu Thixoformteilen verarbeiteten thixotropen Metallkorpern ein obengenannter Messdurchgang durchgeführt wird. Das Durchschneiden des thixotropen Metallkopers kann die vollständige Auftrennung von diesem in einzelne Scheiben bewirken. Der durchschnittene oder durchtrennte Metallkorper wird in der Regel nicht zu einem Thixoformteil verpresst. Daher wird das erfmdungsgemasse Messverfahren bevorzugt zur stichprobeweisen oder periodischen Erfassung des Festigkeit- zustandes thixotroper Metallkorper angewendet Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft und mit Bezug auf die beiliegenden Figuren naher erläutert. Es zeigen.
Fig. 1: Schematische Darstellung einer erfmdungsgemassen Messvorrichtung; Fig. 2: Schematische Darstellung der aufzuwendenden Schneidkraft durch einen vorgewärmten Metallbolzen mit homogener Verteilung des Metallflussiganteils;
Fig. 3: Ausschnitt einer Messvorrichtung zur Ermittlung der Festigkeit thixotroper Metallbolzen mit drei Schneiddrähten; Fig. 4: Simulation der Temperaturverteilung durch den Querschnitt eines vorgewärmten, thixotropen Metallbolzens;
Fig. 5: Graphische Darstellung des Verlaufes von Geschwindigkeit v, Schneidkraft F, und äquivalenter Scherkraft S durch den Querschnitt des vorgewärmten thixotropen Metallbolzens gemäss Fig. 4. Die Messvorrichtung 1 wird durch ein Trägergerüst 16 mit vertikalen Stützen 17 getragen (Fig. 1). Auf einem Wagen 10 ist eine Bolzenhalterung 3 angebracht, welche den zu vermessenden, vorgewärmten thixotropen Metallbolzen 2 aufnimmt.
Die Bolzenhalterung 3 ist gegen die Auflagefläche des Metallbolzens 2 hin isoliert (nicht gezeigt), so dass der Metallbolzen 2 an seiner Auflagefläche einen möglichst kleinen Wär- meverlust erfährt. Der Wagen 10 ist in Führungsschienen 11 horizontal verschiebbar gelagert. An einen Querträger 14 sind zwei einen Schneiddraht 5 aufnehmende Gabelbeine 20 angebracht, wobei die Gabelbeine 20 und der das Verbindungsteil bildende Querträger 14 einen Rahmen 4 ausbilden. Der Querträger 14 wird durch vertikale Führungsstäbe 15 geführt, weiche zwischen vorderen und hinteren Stützen 17 am Trägergerüst 16 befestigt sind. Der Rahmen 4, kann über eine Vortriebsstange 18 von einem Schrittschaltmotor 6 in Vertikalrichtung bewegt werden, wobei der Querträger 14 in den Führungsstäben 15 geführt wird.
Zwischen der Vortriebsstange 18 und dem Querträger 14 ist ein Drucksensor 8, ein sogenanntes Piezometer, angebracht, mit welchem kontinuierlich die auf den Schneiddraht 5 aufgebrachte Schneidkraft A ermittelt werden kann. Der Drucksensor 8 liefert die Messdaten über eine Datenleitung 13c an eine Datenerfassungs-, Steuer- und Auswerteinheit 12 weiter.
Mittels Positionstasters 7 kann indirekt durch Messung der Verschiebung eines mitgeführten Vorrichtungteils kontinuierlich die Position des Schneiddrahtes 5 in Abhängigkeit der Zeit erfasst werden. Die Messdaten des Positionstasters 7 werden mittels Datenleitung 13a an die Datenerfassungs-, Steuer- und Auswerteinheit 12 weitergegeben, in welcher aus den eingehenden Messdaten die Drahtgeschwindigkeit ermittelt wird. Die Datenerfassungs- , Steuer- und Auswerteinheit 12 liefert ferner über eine Datenleitung 13d Steuersignale zur Regulierung der Drahtgeschwindigkeit an den Schrittschaltmotor 6. Am Schneiddraht 5 sind an verschiedenen Stellen, in gieichmassigem Abstand zueinander liegende, Mantelthermoelemente 9 mit ihren thermowirksamen Verbindungsstellen angelotet. Die Thermodrahte 9a sind in der elektronischen Auswerteschaltung 9b, zusammengeführt. Die gegebenenfalls aufbereiteten Messdaten der Thermoelemente 9 werden über eine Datenleitung 13b an die Datenerfassungs-, Steuer- und Auswerteinheit 12 übermittelt. Die anhand der Zeichnungen beschriebene Vorrichtung kann in geänderter Ausfuhrung auch ohne die vorgenannten Temperaturmessgerate auskommen.
An die Datenerfassungs-, Steuer und Auswerteinheit 12 sind ferner Eingabe- 21 und Ausgabegerate 22, wie Drucker oder Bildschirm, angeschlossen. Über das Eingabegerat 21 können Messparameter, wie Drahtdurchmesser d« , aktive Lange ... des Schneiddrahtes 5 in Abhängigkeit seiner Position bzw. der Eindringtiefe, Geometrie des Metallbolzens, Grundgeschwindigkeit, Messfrequenz sowie Steuerbefehle erfasst werden.
Der aufgeheizte Metallbolzen 2 wird von seinem Aufheizbehalter in die Bolzenhalterung 3 überfuhrt. Anschliessend wird der auf der Bolzenhalterung 3 egende Metallbolzen 2 mit dem Wagen 10 in die Messposition befordert. Der Schneiddraht 5 wird mit gleichmassiger Grundgeschwindigkeit in den Metallbolzen 2 vertikal vorgetrieben. In der Bolzenhalterung 3 ist zum Durchfuhren des Schneiddrahtes 5 eine durchgehende Spaltöffnung vorgesehen (nicht gezeigt). Wahrend des Durchschneidens des Metallbolzens 2 werden kontinuierlich die Position des Schneiddrahtes in Abhängigkeit der Zeit, die Schneidkraft und die Temperatur im Metallbolzen 2 ermittelt und über die Datenleitungen 13a-c an die Datenerfassungs-, Steuer- und Auswerteinheit 12 übermittelt. Ferner werden von der Datenerfassungs- , Steuer- und Auswerteinheit 12 über die Datenleitung 13d Steuersignale zur Geschwmdig- keitsregu erung an den Schπttschaltmotor 6 übermittelt, so dass trotz ändernder Schneid- krafte eine konstante Grundgeschwindigkeit des Schneiddrahtes angestrebt wird
Die Datenerfassungs-, Steuer- und Auswerteinheit 12 berechnet aus den eingehenden Messsignalen verschiedene Kenngrossen und ihre Verlaufe bzw. Verteilungen, wie den Verlauf der Schneidkraft und der Geschwindigkeit sowie die Verteilung der Temperatur Ferner werden aus den Messdaten Festigkeitskennwerte wie z B. die "äquivalente Schneidkraft" Fvo , die "relative dynamische Viskosität" r\rei und insbesondere die "äquivalente Scherkraft" tvo ermittelt. Zur Ermittlung der "äquivalenten Scherkraft" Tv„ wird unter anderem anhand der mittels Positionstasters 7 erfassten Positionswerte die aktive Lange ... des Schneiddrahtes 5 in Abhängigkeit der Eindringtiefe ermittelt.
Die ermittelten Ergebnisse können beispielsweise in Form von Tabellen, Kurven, graphi- sehen Darstellungen an einem Bildschirm oder Drucker ausgegeben werden. Ferner kann vorgesehen sein, dass aus den berechneten Kenngrossen direkt Parameteranderungen für den Vorheizofen, zwecks Optimierung des Bolzenzustandes, errechnet und ausgeführt werden oder dass aus den berechneten Kenngrossen die Verteilung des Metallflussiganteils im thixotropen Metallbolzen ermittelt und ausgegeben wird. In einer modifizierten Ausfuhrungsvariante der obigen Vorrichtung können drei Rahmen 4' mit Schneiddrahten 5' hintereinander quer zur Längsrichtung des Metallbolzens 2' parallel zueinander angeordnet sein (Fig. 3). Die Rahmen 4' sind über ein Verbindungselement 19' mit einer Vortriebsstange 18' verbunden, welche von einem Schπttschaltmotor (nicht gezeigt) angetrieben wird. Zwischen den einzelnen Rahmen 4' und dem Verbindungselement 19' sind Drucksensoren angeordnet (nicht gezeigt). Mit dieser Messanordnung ergeben sich drei, zeitgleich aufgenommene Messquerschnitte durch den Metallbolzen, woraus sich mittels Datenerfassungs-, Steuer- und Auswerteinheit gegebenenfalls mittels Interpolation ein dreidimensionales Bild der Festigkeitsverteilung innerhalb des Metallbolzens ermitteln lasst. Fallweise können mit einer vorbeschriebenen Messeinreichtung nach entsprechender Ausstattung mit Mantelthermoelementen, wie vorgehend beschrieben, die Temperturvertei- lung ermittelt und mittels Interpolation dreidimensional dargestellt werden.
Ein vorgewärmter thixotroper Metallbolzen mit homogener Verteilung des Metallflussiganteils wird mit einem Schneiddraht mit konstanter Grundgeschwindigkeit quer zu seiner Längsrichtung durchschnitten. Die für das Durchschneiden des Metallbolzens benotigte Schneidkraft (F) wird gemessen und in Abhängigkeit der Zeit (t) aufgezeichnet (Fig 2). Die Kurve 45 der Schneidkraft zeigt einen bogenförmigen Verlauf, wobei die Schneidkraft (F) in der Mitte des Metallbolzens maximal ist. Der erhaltene Kurvenverlauf rührt daher, dass die gemessene Schneidkraft (F) nicht nur von der Festigkeit des Metallbolzens an der Schnittlinie, sondern auch von der aktiven Drahtlange, also von der Lange der Schnittlinie abhangig ist, wobei in diesem Beispiel die Schneidkraft vom Emfluss der aktiven Drahtlange dominiert wird, welche in der Mitte des Metallbolzens ein Maximum erreicht.
Fig. 4 zeigt die mittels Rechenmodell simulierte Temperaturverteilung eines unter vorgegebenen Aufheizparametern vorgewärmten thixotropen Metallbolzens 41 aus Aluminium (AIMgSι7) mit einem Durchmesser von rund 102 mm. Der Metallbolzen 41 hegt in einem Bolzenrezipienten 42 aus Stahl. Der Bolzenabschnitt mit der hellsten Flachenfullung am oberen Rand des Metallbolzens zeigt die Zone grosster Aufheizung mit einer Temperatur von rund 595°C an. Gegen die Mitte des Metallbolzens hm nimmt die Temperatur in den Zonen mit dunkler werdender Flachenfullung zunehmends ab und erreicht ein Minimum im "kalten Kern" 43 des Metallbolzens mit einem Temperaturwert von rund 580° C, welcher durch eine schwarze Flachenfullung dargestellt ist. Aus Fig. 4 kann ferner die fortgesehnt- tene Abkühlung des Metallbolzens an seiner Kontaktfläche zum Rezipienten 42 entnommen werden.
Ein gemäss den obigen zur Fig. 4 vorgegebenen Aufheizparametern erwärmter thixotroper Metallbolzen wird nach dem erfindungsgemässen Verfahren in einem Querschnitt quer zur seiner Längsrichtung bezüglich Festigkeit untersucht (Fig. 5). Hierzu werden der Geschwin¬ digkeitsverlauf 31 des Schneiddrahtes und der Verlauf der Schneidkraft 32 aufgezeichnet, wobei "v" die Schneiddrahtgeschwindigkeit und "F" die Schneidkraft sowie "S" die äquivalente Scherspannung und "t" die Zeit bedeuten. Der aus diesen Daten und weiteren festen Kenngrössen errechnete Verlauf der "äquivalenten Scherspannung" 33 zeigt zu Beginn der Aufzeichnung eine markante Abnahme (a) der Scherspannung, welche auf den sogenannten "Skin-Effekt" zurückzuführen ist, das heisst, der Schneiddraht durchstösst mit erhöhtem Kraftaufwand die Oberfläche des Metallbolzens. Der Kurvenausschnitt (d) mit hohen Scherspannungen widerspiegelt den festeren, kühlen Kern 43 des Metallbolzens 41 (siehe Fig. 4). Der Messbereich (d) hoher Scherspannungen ist gegen das Messende hin verschoben und tritt folglich nicht beim Durchqueren der Mitte des Metallbolzens auf.
Die vorbeschriebene Graphik (Fig. 5) weist nach, dass die Ergebnisse der simulierten Temperaturverteilung (Fig. 4), welche indirekt die Verteilung des Metallflussiganteils darstellt, übereinstimmen. Insbesondere die Ausdehnung des "kalten Kerns" im Metallbolzen 41 zur Kontaktfläche mit dem Bolzenrezipienten 42 hin, wird durch die Verschiebung der hohen Scherspannungen gegen das Messende hin ausgeprägt wiedergegeben.

Claims

Ansprüche
1. Messvorrichtung (1) zur Bestimmung des Festigkeitszustandes und/oder des Metallflussiganteils eines vorgewärmten Metallkörpers (2) mit thixotropen Eigenschaften, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (1) einen oder mehrere in Abstand zueinander angeordnete
Schneiddrähte (5) zum Durchschneiden des thixotropen Metallkörpers (2) enthält und ein Antrieb (6) zur Fortbewegung des Schneiddrahtes (5) und zum Durchschneiden des Metallkörpers (2) mit dem Schneiddraht (5) und Mittel (8) zur Bestimmung der vom Antrieb (6) auf den Schneiddraht (5) ausgeübten Schneidkraft und zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Schneiddrahtes (5) vorgesehen sind.
2. Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneiddraht (5) zwischen zwei Gabelbeinen (20) eines gabelförmigen Rahmens (4) mit einem die Gabelbeine (20) verbindenden Verbindungsteil (14) eingespannt ist und der gabelförmige Rahmen (4) an einem durch den Antrieb (6) angetriebenen Vortriebselement (18) befe- stigt ist und der Schneiddraht quer, vorzugsweise um 90° quer, zur Längsrichtung des
Metallkörpers (2) angeordnet ist.
3. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (1) mehrere, vorzugsweise drei, quer zur Längsrichtung des Metallkorpers (2') parallel und vorzugsweise in gleichmässigem Abstand zueinander liegende, gabelförmige Rahmen (4') mit einem Schneiddraht (5') enthält und die gabelförmigen
Rahmen (4') an ein gemeinsames Vortriebselement (18') angebracht sind und von einem gemeinsamen Antrieb bewegt sind.
4. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper ein zylinderförmiger Metallbolzen (2) ist und eine wannenförmige Bolzen- halterung (3) zur Aufnahme und stabilen Lagerung des Metallbolzens (2) vorgesehen ist und die Bolzenhalterung (3) durchgehende Spaltöffnungen zum Durchführen des Schneiddrahtes (5) enthält.
5. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (1) eine Lastzelle (8), vorzugsweise ein auf dem piezoelektrischen Prinzip arbeitender Drucksensor, zur Erfassung der auf den Schneiddraht ausgeübten
Schneidkraft enthält und die Lastzelle (8) bevorzugt zwischen dem Verbindungsteil (14) und dem Vortnebselement (18) angeordnet ist.
6 Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (1) zur Ermittlung der Schneiddrahtgeschwindigkeit einen Positionstaster (7) zur kontinuierlichen Erfassung der Position des Messdrahtes (5) oder eines mitbewegten Vomchtungsteils in Abhängigkeit der Zeit enthalt.
7. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Thermoelemente (9), vorzugsweise Mantelthermoelemente zur Erfassung der Temperaturverteilung durch den Bolzenquerschnitt mit ihren thermowirksamen Verbindungsstellen punktweise am aktiven Schneiddraht (5) angebracht sind und die Thermodrahte (9a) über eine Vergleichsstelle mit einer elektronischen Auswerteschal- tung (9b) verbunden sind.
8 Messvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die thermowirksamen Verbindungsstellen der Thermodrahte (9) gelotet, geschweisst oder gequetscht sind und die Thermoelemente (9) mit ihren thermowirksamen Verbindungsstellen an den Schneiddraht (5) befestigt, insbesondere gelotet oder geschweisst sind, und die Thermodrahte (9a) entgegen der Schneidrichtung im Metallkorper (2) vom Schneiddraht
(5) wegfuhren sind
9. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (1) die Lastzelle (8), der Positionstaster (7) und die Thermolemente (9) über Datenleitungen (13a-c) mit einer Datenerfassungs-, Steuer- und Auswerteinheit (12) verbunden sind und Ein- und Ausgabegerate (21, 22) über Datenleitungen (13e-f) mit der Datenerfassungs-, Steuer- und Auswerteinheit (12) verbunden sind
10. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bolzenhalterung (3) auf einem Wagen (10) angebracht ist und der Wagen (10) horizontal beweglich gelagert ist und zum Ein- und Wegfuhren des Metallkorpers (2) aus der Messvorrichtung (1) gefahren werden kann.
11. Verfahren zur Bestimmung des Zustandes eines vorgewärmten Metallkorpers (2) mit thixotropen Eigenschaften mittels einer Messvorrichtung (1) gemass Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere quer zur Längsrichtung des Metallkorpers (2) in Abstand zueinander parallel angeordnete Schneiddrahte (5) durch einen oder mehrere Querschnitte am thixotropen Metallkorper (2) unter Durchschneiden desselben vorgetrieben werden und die aufzuwendende Schneidkraft des einzelnen Schneiddrahtes (5) sowie die Geschwindigkeit des Schneiddrahtes (5) kontinuierlich über den gesamten Querschnitt in Abhängigkeit der Position des Schneiddrahtes im Metallkorper erfasst wird und unter Embezug der gemessenen Schneidkraft, Geschwindigkeit und Position des Schneiddrahtes und der geometrischen Beschaffenheit des Schneiddrahtes und des thixotropen Metallkorpers (2) sowie der Lange des aktiven Schneiddrahtes eine die Festigkeit innerhalb des thixotropen Metallkorpers (2) am durchschnittenen Querschnitt wieder- gebende Kenngrosse rechnerisch ermittelt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Schneiddrahte (5) mit gleichmassiger Grundgeschwindigkeit durch den oder die Querschnitte des thixotropen Metallkorpers (2) gefuhrt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Festigkeit durch die Berechnung einer äquivalenten Scherspannung r. beschrieben wird und die äquivalente Scherspannung Tv aus der äquivalenten Schneidkraft Fvo , dem Drahtdurchmesser d* , und der aktiven Lange es Schneiddrahtes /.. mit der Nahe- rungsgleichung"
berechnet wird, wobei die äquivalente Schneidkraft Fvo mit der Naherungsgleichung
berechnet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass wahrend des Messvorganges zur Ermittlung der Schneidkraft über einen oder mehrere, be- vorzugt gleichmassig angeordnete Abschnitte entlang des aktiven Schneiddrahtes kontinuierlich die Temperatur mittels an den Schneiddraht angebrachten Thermoelementen ermittelt wird und aus der ermittelten Temperaturverteilung im thixotropen Metallkorper die Verteilung des Metallflussiganteils bestimmt wird
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Auswerteinheit (12) aus der Schneidkraft die äquivalente Scherspannung T„ oder relative dynamische
Viskosität r\reι bestimmt wird und die ermittelte Verteilung des Metallflussiganteils in eine Beziehung zur äquivalenten Scherspannung oder relativen dynamischen Viskosität gesetzt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der thixotrope Metallkorper ein zyhnderformiger Bolzen ist und mehrere Schneiddrahte quer zur Längsrichtung des Bolzens gleichzeitig an mehreren, vorzugsweise in gleichmassi- gem Abstand zueinander liegenden, Stellen mit gleichmassiger Grundgeschwindigkeit des Schneiddrahtes durch den Bolzenquerschnitt geführt werden und mittels Interpolation die Festigkeit und/oder die Temperatur innerhalb des Bolzens in dreidimensionaler Form rechnerisch ermittelt wird.
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